Лабораторная работа № 8 «Исследование статических характеристик полевых транзисторов и одиночных усилительных каскадов»
Цель работы – ознакомление с принципами работы полевых транзисторов и одиночных усилительных каскадов на базе них.
Задачи:
Снять статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, включенного по схеме с общим истоком;
Определить экспериментально коэффициенты усиления по напряжению и мощности усилительных каскадов, а также их входные и выходные сопротивления.
Основные теоретические положения
Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Принцип действия полевых транзисторов основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Вследствие этого транзисторы называют полевыми. Полевые транзисторы также иначе называют униполярными, т.к. в создании электрического тока участвуют только основные носители заряда.
По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n-перехода и с изолированным затвором (МДП- или МОП- транзисторы). Транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом.
В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на: полевые транзисторы с каналом р-типа и n-типа. Канал р-типа обладает дырочной проводимостью, а n-типа – электронной.
Разделение
полевых транзисторов в зависимости от
перечисленных особенностей представлено
на рисунке 9.1.
Рисунок 9.1
Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом
Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения.
Электрод (вывод), через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором.
УГО полевых транзисторов с каналом n- и р-типов приведены на рисунке 9.2: а - n-типа, б- р-типа.
Рисунок 9.2
Для этих транзисторов представляют интерес два вида ВАХ: стоковые и стоко-затворные. Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n-переходом и каналом n-типа показаны на рисунке 9.3 а. Они отражают зависимость тока стока от напряжения Uси при фиксированном напряжении Uзи: Ic = f(Uси) при Uзи = const.
Рисунок 9.3
Особенностью полевого транзистора является влияние на проводимость канала как управляющего напряжения Uзи, так и напряжения Uси. При Uси=0 выходной ток Iс=0. При Uси 0 (Uзи=0) через канал протекает ток Ic, в результате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно Uси. Повышение напряжения Uси вызывает увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения и, следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении Uси происходит сужение канала, при котором границы обоих р-n-переходов смыкаются и сопротивление канала становится высоким. Такое напряжение Uси называют напряжением перекрытия или напряжением насыщения Uси.нас. При подаче на затвор обратного напряжения Uзи происходит дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении напряжения Uси.нас. В рабочем режиме используются пологие (линейные) участки выходных характеристик.
Стоко-затворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока Iс от напряжения Uзи при фиксированном напряжении Uси: Ic = f(Uси) при Uси = const (рисунок 9.3 б).